CN210036818U

CN210036818U - 一种蘑菇种植工厂的环境监测系统

Info

Publication number: CN210036818U
Application number: CN201921133377.9U
Authority: CN
Inventors: 王洪亚; 肖绍章; 胡荣林; 邵鹤帅; 庄军
Original assignee: Huaiyin Institute of Technology
Current assignee: Huaiyin Institute of Technology
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-07-19

Abstract

本实用新型公开了一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,包括上位机，所述的上位机通过无线传输模块连接有多个设置在蘑菇房里的节点；所述的节点包括设置在蘑菇房内的协调器以及设置在蘑菇产床上通过ZigBee无线网与协调器信号连接的多个数据采集终端；所述的数据采集终端包括微处理器，与微处理器连接给数据采集终端供电的5V锂电池，与微处理器连接用于测试环境的空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器，以及与微处理器连接进行信号传输的WIFI模块；所述的协调器包括主控制器，与主控制器连接并与数据采集终端信号传输的无线传输模块，以及与主控制器连接并与上位机进行信号传输的远程通信模块。本实用新型具有低成本、低功耗、高精度、智能化的优势。

Description

一种蘑菇种植工厂的环境监测系统

技术领域

本实用新型涉蘑菇房内对蘑菇生长环境的温湿度的监测，具体涉及一种蘑菇种植工厂的环境监测系统。

背景技术

在蘑菇生长的过程中，空气温湿度、基质的含水量等因素对蘑菇的生长会具有巨大的影响，因此这些因素需要实时的进行监测。如果蘑菇种植工厂收集这些数据，并分析环境因素对蘑菇生长的影响，用于指导蘑菇生产，就可以提高蘑菇的产量，增加工厂效益。但是，目前我国大部分的蘑菇种植工厂仍采用人工的方式采集数据，例如紫山集团的蘑菇生产基地内还尚未实现数据的自动采集，还依旧采用人工进行数据采集。

发明内容

针对上述的技术问题，本技术方案提供了一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,能有效的解决上述问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种蘑菇种植工厂的环境监测系统, 包括上位机，所述的上位机通过无线传输模块连接有多个设置在蘑菇房里的节点；所述的节点包括设置在蘑菇房内的协调器以及设置在蘑菇产床上通过 ZigBee无线网与协调器进行信号连接的多个数据采集终端；所述的数据采集终端包括微处理器，与微处理器连接给数据采集终端供电的电源电路，与微处理器连接用于测试环境的空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器，以及与微处理器连接进行信号传输的WIFI模块；所述的协调器包括主控制器，与主控制器连接并与数据采集终端信号传输的无线传输模块，以及与主控制器连接并与上位机进行信号传输的远程通信模块；采集终端通过ZigBee网络将终端采集的环境数据汇集至协调器，协调器通过WiFi模块与上位机服务器建立Socket，将采集到的蘑菇房的环境数据上传至上位机服务器并插入数据库。

进一步的，所述的数据采集终端的电源电路上连接有电压检测电路。

进一步的，所述电压检测电路的输入电压的量程为0-25V，输出量为模拟信号量；电压检测电路的正极和负极分别与电源电路的正极和负极相连。

进一步的，所述的空气温湿度传感器采用的是数字温湿度传感器，通过单总线通信协议与微处理器连接。

进一步的，所述的土壤温湿度传感器包括测量土壤湿度的U型传感器和测量土壤温度的温度探头，所述的温度探头经过密封处理。

进一步的，所述土壤湿度传感器的OUT引脚输出模拟量，通过微处理器将模拟量转换为数字量。

进一步的，所述的微处理器和主控制器均采用CC2530控制芯片，所述的空气温湿度传感器采用的是DHT11温湿度传感器，所述的土壤温湿度传感器采用的是U型传感器和DS18B20探头的配合。

进一步的，所述的CC2530控制芯片设置有两个串行接口和多个模拟IO口，且外接32MHz的晶振为系统提供时钟源。

进一步的，所述微处理器的CC2530控制芯片的P0_5引脚与DHT11温湿度传感器的DATA脚连接，土壤湿度传感器的输出端与微处理器的CC2530控制芯片的P0_6引脚连接，DS18B20探头的DQ引脚与微处理器的CC2530控制芯片的P0_7相连。

进一步的，所述主控制器的CC2530控制芯片所使用的WiFi模块是ESP826601无线传输模块，ESP826601通过UTXD和URXD引脚分别与主控制器的CC2530控制芯片的P0_2、P0_3引脚相连进行通信。

进一步的，所述的上位机服务器连接有显示屏。

进一步的，所述的上位机服务器时刻监听WiFi模块传输的数据，并将接收到的数据保存至MySQL数据库中，通过Highcharts技术将数据可视化显示在前端界面中。前端采用的是BootStrap进行UI界面设计，后端采用的是Python的Django 框架进行开发，通过 Ajax和Get技术实现前端和后端之间的数据传输。

进一步的，所述数据可视化显示部分根据用户的不同需求显示数据，例如实时显示功能、查询显示功能；首先，对于实时的显示数据（如菇房空气温湿度，产床土壤温湿度），设计显示页面实时显示；其次，对于蘑菇产量、生长状况等数据，还需设计查询的页面满足用户自定义查询的功能，并将查询的数据显示出来。

进一步的，所述数据采集终端采集菇房环境信息，并通过ZigBee无线网将采集到的数据以广播的形式上传至协调器，协调器通过WiFi模块将数据传输至上位机服务器中；每次发送数据的时间间隔为3分钟。TI协议栈提供使用定时器的函数osal_start_timerEx（），通过该函数设定每三分钟发送一次采集到的数据。

有益效果

本实用新型提出的一种智能蘑菇种植工厂数据采集系统,与现有技术相比较，其具有以下有益效果：

（1）通过协调器和采集终端的配合，实现了对蘑菇工厂空气温湿度，土壤温湿度等状态信息的远程实时监测。并通过协调器终端和数据传输单元的连接，把监测到的状态信息通过网络发送至远程服务器端，完成了远程监测温箱实时状态的目的。

（2）依托传感器模块组采集、数据传输单元、计算机软件等协同监控温箱内的环境温湿度，人为控制作物的生长条件，使蘑菇能够拥有舒适的生长环境，进行安全、高效的种植。

（3）本技术方案的蘑菇种植工厂数据采集系统，采集菇房环境中空气的温湿度、产床土壤的温湿度的信息，并将采集到的信息进行可视化显示、分析、总结。管理人员能够通过手机、电脑实时查看这些信息，以便于采取相对的措施，为蘑菇生长创造更好的环境，提高蘑菇的产量，从而增加工厂的效益。因此，设计蘑菇工厂数据采集系统具有重要意义。

附图说明

图1 是本实用新型中系统的整体结构示意框图。

图2 是本实用新型中数据采集终端的结构示意框图。

图3 是本实用新型中数据采集终端的电路连接示意图。

图4是本实用新型中协调器的结构示意框图。

图5 是本实用新型中协调器的电路连接示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域普通人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种蘑菇种植工厂的环境监测系统, 包括上位机，上位机通过无线网络与客户端连接；（在本实施例中，该客户端可以是手机、电脑或IPAD上可登陆的APP；通过手机等智能设备登陆某个APP查看数据，此为现有技术，且与本技术方案的保护范围无关，本技术方案并未对其做任何改进，此处不再多做阐述）。上位机通过无线传输模块连接有多个设置在蘑菇房里的节点；所述的节点包括设置在蘑菇房内的协调器以及设置在蘑菇产床上通过 ZigBee无线网与协调器进行信号连接的多个数据采集终端。

如图2所示，所述的数据采集终端包括微处理器，与微处理器连接给数据采集终端供电的电源电路，与微处理器连接用于测试环境的空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器，以及与微处理器连接进行信号传输的WIFI模块。在本实施例中，空气温湿度传感器采用的是DHT11温湿度传感器，土壤温湿度传感器采用的是U型传感器和DS18B20探头的配合。

如图4所示，所述的协调器包括主控制器，与主控制器连接并与数据采集终端信号传输的无线传输模块，以及与主控制器连接并与上位机进行信号传输的远程通信模块。数据采集终端通过ZigBee网络将终端采集的环境数据汇集至协调器，协调器通过WiFi模块与上位机服务器建立Socket，将采集到的蘑菇房的环境数据上传至上位机服务器并插入数据库。

如图3、5所示，在本实施例中，微处理器和主控制器均采用支持ZigBee协议的CC2530控制芯片，CC2530控制芯片有两个串行接口，多个模拟IO口可供使用，能够驱动所需的传感器和WiFi模块；CC2530控制芯片连接R1偏置电阻和C5去耦电容；由于需要使用到串口和无线发射功能，CC2530通过RF_P、RF_N引脚连接天线；另外，CC2530还外接32MHz的晶振为系统提供时钟源，为CC2530芯片提供精准时钟源；为了使得芯片工作更加稳定，在CC2530的引脚上外加了滤波电容。

数据采集终端和协调器的电源均采用5V锂电池供电；土壤、空气的温湿度传感器模块需要3.3V或5V供电，CC2530芯片是3.3V供电；因此，5V电压的输出端一方面给传感器供电，另一方面作为降压模块的输入电压，降压得到3.3V电压输出给CC2530芯片或传感器供电。

在5V锂电池的两端连接有电压检测电路。（在本实施例中，所使用的电压检测模块采用的是品牌为WEMS的型号为sensor的电压检测模块；）其基于电阻分压原理测量锂电池的电压；此模块的输入电压的量程为0-25V，输出量为模拟信号量。将该模块的-和+两个引脚分别与锂电池的负极和正极相连，模块的VCC、GND、S引脚分别与CC2530的VCC、GND、P0_4相连。CC2530通过AD转换读取锂电池的电压值，并根据所用锂电池的电压与电量关系判断电池的电量。当电压值过低时，提示用户更换电池。

如图3所示，空气温湿度传感器采用的DHT11温湿度传感器，该传感器是数字温湿度传感器，通过单总线通信协议与微处理器连接。DHT11温湿度传感器的DATA脚与微处理器的控制芯片的P0_5引脚相连。

土壤温湿度传感器包括测量土壤湿度的U型传感器和测量土壤温度的温度探头，土壤湿度传感器的OUT引脚输出模拟量，通过微处理器将模拟量转换为数字量。温度探头采用DS18B20探头，经过密封处理。具有防水防潮的特性，搭配U型土壤湿度传感器可用于测量土壤的温湿度。

土壤温湿度传感器输出的是模拟量，需要将模拟量转换为数字量，CC2530的P0口作为模拟量的输入口，可对模拟量进行AD转换。土壤湿度传感器的输出端与微处理器的CC2530控制芯片的P0_6引脚连接，用于测量土壤的湿度；DS18B20探头的DQ引脚与微处理器的CC2530控制芯片的P0_7相连；用于测量土壤的温度。

当土壤湿度传感器未插入土壤时，三极管基极处于开路状态，三极管截止输出为0。当插入土壤中时，由于土壤中水分含量不同，所以土壤的电阻值不同，三极管的基极导通电流产生变化，三极管集电极到发射极的导通电流受到基极控制，经过发射极的下拉电阻后转换成电压，将传感器输出口与P0相连经过AD转换得到电压值。

土壤湿度传感器在使用U型土壤传感器测量土壤湿度时，将传感器的3.3V引脚接CC2530的3.3V脚，传感器的GND引脚接地，OUT引脚与CC2530的P0_6脚相接。

如图5所示，主控制器的CC2530控制芯片所使用的WiFi模块是ESP826601无线传输模块，ESP826601通过UTXD和URXD引脚分别与主控制器的CC2530控制芯片的P0_2、P0_3引脚相连进行通信；协调器将数据上传至上位机服务器，

上位机服务器时刻监听WiFi模块传输的数据，并将接收到的数据保存至MySQL数据库中，通过Highcharts技术将数据可视化显示在前端界面中；上位机服务器连接有用于显示的显示屏；显示屏与上位机服务器连接方式采用常规的连接方式；前端采用的是BootStrap进行UI界面设计，后端采用的是Python的Django 框架进行开发，通过 Ajax和Get技术实现前端和后端之间的数据传输。

在数据可视化显示部分根据用户的不同需求显示数据，例如实时显示功能、查询显示功能；首先，对于实时的显示数据（如菇房空气温湿度，产床土壤温湿度），设计显示页面实时显示；其次，对于蘑菇产量、生长状况等数据，还需设计查询的页面满足用户自定义查询的功能，并将查询的数据显示出来。

所述数据采集终端采集菇房环境信息，并通过ZigBee无线网将采集到的数据以广播的形式上传至协调器，协调器通过WiFi模块将数据传输至上位机服务器中；每次发送数据的时间间隔为3分钟。TI协议栈提供使用定时器的函数osal_start_timerEx（），通过该函数设定每三分钟发送一次采集到的数据。

Claims

1.一种蘑菇种植工厂的环境监测系统, 包括上位机，所述的上位机通过无线传输模块连接有多个设置在蘑菇房里的节点；其特征在于：所述的节点包括设置在蘑菇房内的协调器以及设置在蘑菇产床上通过 ZigBee无线网与协调器进行信号连接的多个数据采集终端；所述的数据采集终端包括微处理器，与微处理器连接给数据采集终端供电的电源电路，与微处理器连接用于测试环境的空气温湿度传感器和土壤温湿度传感器，以及与微处理器连接进行信号传输的WIFI模块；所述的协调器包括主控制器，与主控制器连接并与数据采集终端信号传输的无线传输模块，以及与主控制器连接并与上位机进行信号传输的远程通信模块；采集终端通过ZigBee网络将终端采集的环境数据汇集至协调器，协调器通过WiFi模块与上位机服务器建立Socket，将采集到的蘑菇房的环境数据上传至上位机服务器并插入数据库。

2.根据权利要求1所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的数据采集终端的电源电路上连接有电压检测电路。

3.根据权利要求2所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述电压检测电路的输入电压的量程为0-25V，输出量为模拟信号量；电压检测电路的正极和负极分别与电源电路的正极和负极相连。

4.根据权利要求1所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的空气温湿度传感器采用的是数字温湿度传感器，通过单总线通信协议与微处理器连接。

5.根据权利要求1所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的土壤温湿度传感器包括测量土壤湿度的U型传感器和测量土壤温度的温度探头，所述的温度探头经过密封处理。

6.根据权利要求5所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述土壤湿度传感器的OUT引脚输出模拟量，通过微处理器将模拟量转换为数字量。

7.根据权利要求1所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的上位机服务器连接有显示屏。

8.根据权利要求1所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的微处理器和主控制器均采用CC2530控制芯片，所述的空气温湿度传感器采用的是DHT11温湿度传感器，所述的土壤温湿度传感器采用的是U型传感器和DS18B20探头的配合。

9.根据权利要求8所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述的CC2530控制芯片设置有两个串行接口和多个模拟IO口，且外接32MHz的晶振为系统提供时钟源。

10.根据权利要求9所述的一种蘑菇种植工厂的环境监测系统,其特征在于：所述微处理器的CC2530控制芯片的P0_5引脚与DHT11温湿度传感器的DATA脚连接，土壤湿度传感器的输出端与微处理器的CC2530控制芯片的P0_6引脚连接，DS18B20探头的DQ引脚与微处理器的CC2530控制芯片的P0_7相连；

所述主控制器的CC2530控制芯片所使用的WiFi模块是ESP826601无线传输模块，ESP826601通过UTXD和URXD引脚分别与主控制器的CC2530控制芯片的P0_2、P0_3引脚相连进行通信。